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H_mPMo_（12-n）V_nO_（40）/SBA-15催化剂的制备及其催化性能研究

作　者: 刘蕊
导　师: 强亮生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 无机化学
关键词: 磷钼钒杂多酸 负载型催化剂 SBA-15 苯羟基化反应
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本研究针对介孔分子筛SBA-15具有比表面积大、孔道结构规整、孔径易调节、稳定性较好等优点和表面酸中心浓度低、晶格缺陷少、不具有氧化还原性等缺点,以及Keggin型磷钼钒杂多酸由于其独特的酸性、氧化还原性和假液相行为,在许多类型的反应中具有十分优异的催化性能和比表面积小影响催化活性的发挥等实际问题,将HmPMo12-nVnO40杂多酸固载于SBA-15上,得到高比表面、高活性的负载型杂多酸催化剂,旨在有效地克服HmPMo12-nVnO40催化剂比表面积小和SBA-15本身催化活性低之不足。本文在制备HmPMo12-nVnO40杂多酸的基础上,采用溶胶凝胶法和浸渍法合成了HmPMo12-nVnO40/SBA-15负载型催化剂,并研究了HmPMo12-nVnO40/SBA-15催化剂对苯羟基化反应的催化性能。在酸性条件下,采用乙醚萃取法合成了HmPMo12-nVnO40系列杂多酸,并通过XRD、FT-IR、UV-Vis、TG-DTA、ICP元素分析和H2-TPR分析手段对样品进行了表征。结果表明:在本实验条件下合成反应最佳时间为60min,最佳温度为90℃;最佳pH值为2。FT-IR、UV-Vis和XRD分析结果证明,合成的HmPMo12-nVnO40杂多酸为Keggin型杂多酸。通过TG-DTA和ICP元素分析确定合成的HmPMo12-nVnO40系列杂多酸的分子式为H4PMo11VO40?11H2O ,H5PMo10V2O40?10H2O和H6PMo9V3O40?6H2O。以HmPMo12-nVnO40杂多酸为基础,采用溶胶凝胶法和浸渍法合成了HmPMo12-nVnO40/SBA-15催化剂。两种方法负载后的催化剂结构性能发生了不同的改变,通过XRD、FT-IR、UV-Vis、TEM、N2吸附-脱附和H2-TPR分析手段对样品进行了表征。结果表明,负载后的SBA-15均保持了高度有序的六方孔道结构;两种制备方法合成的负载型催化剂具有不同的孔径、孔容及比表面积;溶胶凝胶法比浸渍法合成的催化剂具有更好的分散性、更佳的长程有序性、主客体有更强的相互作用和更强的氧化还原性。将制得的HmPMo12-nVnO40/SBA-15催化剂应用于苯羟基化反应中,分别考察了反应温度、反应时间、苯与双氧水物质量比、催化剂用量、催化剂重复使用性和不同钒数目取代的催化剂等因素对催化性能的影响。研究结果表明,HmPMo12-nVnO40/SBA-15催化剂具有较高的催化活性,苯与H2O2的物质量比例为1:3、反应时间为2h、反应温度为70℃、杂多酸负载量为60%、催化剂用量为0.25g,溶胶凝胶法制备的H5PMo10V2O40/SBA-15催化剂可使苯酚的产率达到89.56%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 课题背景及研究意义  9-11
  1.2 合成机理研究  11-14
    1.2.1 介孔分子筛的合成机理  11-13
    1.2.2 杂多酸负载型催化剂的合成机理  13-14
  1.3 合成方法  14-16
    1.3.1 介孔分子筛的合成  14-15
    1.3.2 杂多酸负载型催化剂的合成  15-16
  1.4 国内外研究现状与分析  16-19
    1.4.1 介孔分子筛SBA-15 改性研究现状  16-17
    1.4.2 固载型杂多酸催化剂研究现状  17-19
  1.5 研究目的及主要研究内容  19-20
    1.5.1 选题背景和研究意义  19
    1.5.2 主要研究内容  19-20
第2章 实验材料和实验方法  20-25
  2.1 实验原料与仪器设备  20-21
    2.1.1 实验试剂药品  20-21
    2.1.2 实验仪器设备  21
  2.2 表征和测试方法  21-25
    2.2.1 X射线衍射分析  21-22
    2.2.2 红外光谱分析  22
    2.2.3 N_2 吸附-脱附分析  22
    2.2.4 透射电镜表征  22
    2.2.5 热失重-差热的分析  22
    2.2.6 紫外-可见吸收光谱法分析  22-23
    2.2.7 H_2-TPR分析  23
    2.2.8 电感耦合等离子体原子光谱(ICP-AES)分析  23-24
    2.2.9 催化反应和活性分析  24-25
第3章 H_mPMo_(12-n)V_nO_(40)杂多酸的合成  25-33
  3.1 引言  25
  3.2 H_mPMo_(12-n)V_nO_(40) 杂多酸的合成  25-26
  3.3 H_mPMo_(12-n)V_nO_(40) 杂多酸合成的影响因素分析  26
  3.4 H_mPMo_(12-n)V_nO_(40) 杂多酸的分析与表征  26-32
    3.4.1 X射线衍射分析  26-27
    3.4.2 红外光谱分析  27-28
    3.4.3 紫外-可见光谱分析  28-29
    3.4.4 ICP元素分析  29
    3.4.5 TG-DTA分析  29-31
    3.4.6 H_2-TPR分析  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章 H_mPMo_(12-n)V_nO_(40)/SBA-15 的合成  33-46
  4.1 引言  33
  4.2 H_mPMo_(12-n)V_nO_(40)/SBA-15 催化剂的制备  33-35
    4.2.1 催化剂制备原理  33-34
    4.2.2 催化剂制备方法  34-35
  4.3 H_5PMo_(10)V_2O_(40)/SBA-15 的分析与表征  35-45
    4.3.1 X射线衍射分析  35-38
    4.3.2 红外光谱分析  38-39
    4.3.3 紫外-可见分析  39-40
    4.3.4 透射电镜表征  40-41
    4.3.5 N_2 吸附-脱附分析  41-44
    4.3.6 H_2-TPR分析  44-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章 H_mPMo_(12-n)V_nO_(40)/SBA-15 催化苯羟基化反应研究  46-57
  5.1 引言  46
  5.2 苯羟基化反应的一般机理  46-47
  5.3 苯羟基化催化性能的研究  47-56
    5.3.1 H_5PMo_(10)V_2O_(40) 负载量对催化性能的影响  47-48
    5.3.2 反应时间对催化性能的影响  48-49
    5.3.3 反应温度对催化性能的影响  49
    5.3.4 催化剂用量对催化性能的影响  49-50
    5.3.5 反应物比例对催化性能的影响  50-51
    5.3.6 溶胶凝胶法和浸渍法合成催化剂的催化性能比较  51-53
    5.3.7 溶胶凝胶法和浸渍法合成催化剂的重复性  53-55
    5.3.8 不同钒数目催化剂的催化性能比较  55-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-65
致谢  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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